基于IEC61970的CIM 模型數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)

劉吉財 蘇豪飛

（1.重慶郵電大學，中國 重慶400065；2.河南煤化集團 鶴煤公司熱電廠，河南 鶴壁458000）

0 引言

隨著通信、計算機等技術(shù)的慢慢融入，電力系統(tǒng)的更新和發(fā)展已經(jīng)是越來愈快，這就對支撐電力系統(tǒng)軟件應用的數(shù)據(jù)平臺部分提出了更高的要求：由于電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，需要的數(shù)據(jù)量越來越龐大，數(shù)據(jù)間的關(guān)系也更加的復雜，因此數(shù)據(jù)平臺應該能夠支持高數(shù)量級的數(shù)據(jù)管理和關(guān)系建模；由于IEC 61970 標準里定義的CIM 是基于面向?qū)ο笏枷氲?，因此?shù)據(jù)平臺要能夠反映出面向?qū)ο蟮奶攸c；要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換； 由于IEC 61970 系列標準還在不斷的改進，CIM 模型也在不斷的擴展，就要求數(shù)據(jù)庫要易于擴充和維護。

1 總體結(jié)構(gòu)

通過上文對功能需求的分析及數(shù)據(jù)庫的選擇，將模塊實現(xiàn)需要的工作總結(jié)為五部分，如圖1 所示：

圖1 模塊的整體設計

功能的大致流程如下：

(1)在服務器端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)加載到FastDB，系統(tǒng)后臺實時的將封裝好的數(shù)據(jù)更新到FastDB 內(nèi)；

(2)操作人員選擇需要實時監(jiān)控的表，同時在服務器端人機交互界面通過只讀的方式將監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示出來；

(3)系統(tǒng)定期將FastDB 中的數(shù)據(jù)同步到MySQL 中；

(4)用戶在客戶端通過HSDA 實現(xiàn)訪問FastDB 內(nèi)的實時數(shù)據(jù)；

(5) 用戶在客戶端通過GDA 或TSDA 實現(xiàn)訪問存儲在MySQL 內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)。

1.1 系統(tǒng)設計功能

(1)CIM 模型映射: 根據(jù)IEC61970 標準將CIM 以表的形式映射到數(shù)據(jù)庫中；

(2)數(shù)據(jù)持久化: 根據(jù)獲得數(shù)據(jù)類型，對應存入不同的表中；

(3)歷史數(shù)據(jù)查詢: 根據(jù)查詢需求提取數(shù)據(jù)；

(4)人機交互界面: 數(shù)據(jù)庫操作權(quán)限、數(shù)據(jù)管理。

1.1.1 CIM 模型在MySQL 中的 映射

對象的每個屬性可以匹配成對應二維表中的一列或者多列。不是所有的屬性都要映射， 在應用中不需要的部分就不用存儲到數(shù)據(jù)庫中。 命名規(guī)則中參考CIM 的規(guī)則，將數(shù)據(jù)庫表名和類名匹配，字段名和類的屬性名相對。 對象所使用的屬性通常繼承自其他類的屬性，表中可以包含對象中沒有用到的列屬性，但需要在建立表結(jié)構(gòu)的時候給其設定缺省值，特別是實現(xiàn)表間關(guān)系的那些列。 根據(jù)實際需要考慮在表里建立一些CIM 類沒有明確定義的屬性， 例如建立CIM 版本信息的字段等。

1.1.2 主鍵

主鍵的存在就代表著表結(jié)構(gòu)的完整性，表的記錄必須地得有唯一區(qū)分的字段，主鍵主要是用于和其他表的外鍵關(guān)聯(lián)。 主鍵本身在業(yè)務邏輯上不體現(xiàn)，不具有實際意義，這點與FastDB 是一致的并且也能保證以后數(shù)據(jù)庫更改的方便。因此我們定義了一個唯一無符號整數(shù)的主鍵來標識CIM 中每個類的實例對象。 并且該主鍵首先被定義在最頂端的“PowerSystemResource”表中，字段名為“PK_PowerSystemResource”。

1.1.3 命名轉(zhuǎn)換

為了和CIM 模型保持一致， 數(shù)據(jù)庫實體或表的命名取決于實體的使用。 表的命名采用其對應的CIM 類名。 在我們建立CIM 數(shù)據(jù)庫中，一個類名就對應一個表名。而當兩個實體具有雙向關(guān)聯(lián)關(guān)系時，引進一個新的實體來表征它們之間的關(guān)系。例如為了反映類“Class”和量測對象“measurement” 之間的關(guān)系， 引進一個新的表， 被命名為“ClassMeasurement”。 當引進的實體是為了反映自身之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系時， 表被命名為 “baseClassNamebaseClassName”。 例如， 為了反映“PowerSystemResource”自身間的關(guān)系，引進的表名為“PowerSystemResource PowerSystemResource”。 主 鍵 名 為 “PK_baseClassName”， 外 鍵 為“FK_foreignbaseClassName”。 這樣的設計也是為了體現(xiàn)CIM 類之間多對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時減少了外鍵的數(shù)量，有利于提高數(shù)據(jù)庫的訪問效率。

1.1.4 繼承關(guān)系

在繼承樹的頂層對象的所有屬性為全部的子對象所擁有，每個子對象是父對象的特例。 設計的CIM 數(shù)據(jù)庫為了減少各個表之間耦合而又體現(xiàn)CIM 的這種繼承特征，對父類和子類各建一張表，還需建立一個附加的屬性表，這個表名為“Class”，用以連接這些集合。它有一個主鍵“PK_Class”以及字段“TableName”和“ParentTableName”，這樣繼承關(guān)系得以實現(xiàn)。同時在各個包含繼承關(guān)系的各個表中定義一個主鍵“PK_PowerSystemResource”來連接這種關(guān)系。 這種方法最大的好處就是它能夠很好的適應面向?qū)ο蟮奶匦?，它能夠很好的支持多態(tài)，對于對象可能有的每個角色，只需要在相應的表中保存記錄。 修改超類和添加新的子類也非常容易，因為只需要修改或添加一張表。

1.1.5 一對多的關(guān)系

CIM 規(guī)范中有許多的一對多的關(guān)系。 對于一對多，在CIM 數(shù)據(jù)庫實施的時候可以方便的利用外鍵進行映射，通過在多方定義一個外鍵指向單方來表示出這種一對多關(guān)系。 例如在量測類“Measurement”和量 測值 類“MeasureValue”之 間，往 往 一 個“Measurement”包 含 幾 個“MeasureValue”，因此通過在“MeasureValue”表中定義一個外鍵“FK_Measurement”指向“Measurement”表的“PK_ Measurement”來連接這種關(guān)系。

1.2 數(shù)據(jù)持久化

使用open()函數(shù)打開FastDB，getTables()函數(shù)可以獲取FastDB 內(nèi)所有表的內(nèi)容。 聲明一個描述表的指針dbTableDescriptor*desc 指向獲得的所有表的內(nèi)容則可以將表所有數(shù)據(jù)取出。 在將數(shù)據(jù)從FastDB 取出后使用mysql_query()將數(shù)據(jù)插入到MySQL 相應的表中，相關(guān)函數(shù)：bool dbDatabase::open (char_t const* dbName, char_t const* fileName=NULL,time_t waitLockTimeoutMsec=INFINITE,time_t commitDelaySec=0。

其中fileName 為數(shù)據(jù)庫所在路徑，waitLockTimeoutMsec 為自定義鎖釋放延遲時間，commitDelaySec 為自定義事務延遲提交時間。 如果文件名參數(shù)省略， 則通過數(shù)據(jù)庫名稱加一個后綴“.fdb" 來創(chuàng)建一個文件。dbTableDescriptor*getTables(){return tables;}函數(shù)返回dbTableDescriptor*tables;表示一個所有表的列表mysql_query(MYSQL*mysql,const char*q);其中mysql 為程序一開始聲明的一個句柄， 第二個參數(shù)為程序要執(zhí)行的SQL 語句。

1.3 服務器端歷史數(shù)據(jù)查詢

使用mysql_real_connect()打開數(shù)據(jù)庫，mysql_list_tables()可以獲取所有表名并讓一個數(shù)據(jù)集指針指向返回的結(jié)果，mysql_fetch_row ()來獲得每個表的表名并全部存入結(jié)果集的數(shù)組中，按下標讀取此數(shù)組則可獲取表名。 mysql_store_result()獲取指定表數(shù)據(jù)組成的結(jié)果集，最后由mysql_fetch_row()函數(shù)獲取表中數(shù)據(jù)，相關(guān)函數(shù)：mysql_real_connect (MYSQL *mysql, const char *host,const char *user,const char *passwd,const char *db,unsigned int port,const char *unix_socket,unsigned long clientflag); 其中參數(shù)分別對應句柄，主機名，用戶名，密碼，數(shù)據(jù)庫名，端口，套接字或命名管道，風格。

1.4 人機交互

檢驗用戶名與密碼正確后連接到數(shù)據(jù)庫。 錯誤則彈出警告框。 正確連接到數(shù)據(jù)庫后， 可以根據(jù)表名調(diào)出表中數(shù)據(jù)以及備份和刪除數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)實時監(jiān)控功能

(1)CIM 模型映射：根據(jù)IEC61970 標準將CIM 以表的形式映射到數(shù)據(jù)庫中；

(2)數(shù)據(jù)監(jiān)控：選擇想要監(jiān)控的表；

(3)實時監(jiān)控：監(jiān)控所選表的實時數(shù)據(jù)；

(4)人機界面：監(jiān)控項的選擇等。

2.1 CIM 模型在FastDB 中的映射

使用宏TYPE_DESCRIRTOR(field_list)來描述C++類或者結(jié)構(gòu)體，其參數(shù)為一個類的字段描述符列表。所有數(shù)據(jù)庫中使用的類都要定義類型描述符。除了定義類型描述符外，還需要使用宏REGISTER(name)在C++類和數(shù)據(jù)庫表之間建立一個映像，該宏構(gòu)造一個與類相連的表的描述符。 每個表只能在一個數(shù)據(jù)庫中使用，如果一個應用中使用了多個數(shù)據(jù)庫，需要用REGISTER_IN(name，database)宏將表注冊到一個具體的數(shù)據(jù)庫中。

2.2 數(shù)據(jù)表監(jiān)控

使用open()函數(shù)連接數(shù)據(jù)庫后使用getName()函數(shù)將庫中所有的表名依次提取出來， 此時可以選取想要實時監(jiān)控的表。 相關(guān)函數(shù)：getName(){ return name; }此函數(shù)返回表的名字；

2.3 數(shù)據(jù)實時監(jiān)控

根據(jù)所選擇的表，使用findTableByName()找到和所選表名相匹配。 匹配后使用getFirstField()獲得表中所有字段，lastRow 表示表中最后一條記錄，記錄的獲取采用表的偏移量加上字段的偏移量dbsOffs。系統(tǒng)間隔5 秒讀取一次表內(nèi)最后一條記錄相關(guān)函數(shù)： TableDescriptor*dbDatabase::findTableByName(char const* name)，函數(shù)參數(shù)為指向一個字符串的字符指針，如果找到傳入字符串所相同的數(shù)據(jù)庫表的名字則返回一個指向這個表的結(jié)構(gòu)指針。

［1］辛耀中.新世紀電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)發(fā)展趨勢[J].電網(wǎng)技術(shù)，2001，25(12)：1-10.

［2］韓韜.遵循IEC 61970 標準的EMS 數(shù)據(jù)庫研究——基于CIM 和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的數(shù)據(jù)庫瀏覽系統(tǒng)[D].國電自動化研究,2005.